KR101999158B1 - 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템 - Google Patents

카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템 Download PDF

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김창헌
조현행
박성수
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지케이엔지니어링(주)
강기영
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Abstract

본 발명은 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량이 진행하지 못하는 골목길 등에 작업자가 밀고 다니면서 동공을 탐사하는 거치대 상부 전면 하측에는 노면을 촬영(사진 및 동영상)하는 제1 카메라; 상기 제1 카메라 상측에는 전방을 촬영하는 제2 카메라; 상기 거치대 양측에는 좌우를 촬영하는 제3, 4 카메라;가 설치되어 GPR 위성을 통하여 대략적 위치를 파악한 후 사진 및 동영상 정보를 포함하는 상기 촬영 자료를 통하여 정확한 동공 위치를 파악하는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에 관한 것이다.

Description

카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템{Cart-type surface transmission radar probe system}
본 발명은 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량이 진행하지 못하는 골목길 등에 작업자가 밀고 다니면서 동공을 탐사하는 거치대 상부 전면 하측에는 노면을 촬영(사진 및 동영상)하는 제1 카메라; 상기 제1 카메라 상측에는 전방을 촬영하는 제2 카메라; 상기 거치대 양측에는 좌우를 촬영하는 제3, 4 카메라;가 설치되어 GPR 위성을 통하여 대략적 위치를 파악한 후 사진 및 동영상 정보를 포함하는 상기 촬영 자료를 통하여 정확한 동공 위치를 파악하는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에 관한 것이다.
최근들어 도시 노후화에 의한 도로함몰 사고가 빈번하게 발생하여 시민의 인명과 재산상 피해로 시민들의 불안이 증가하고 있어 각 지방자치단체에서는 도로하부의 숨은 동공을 찾아 사전에 조치하는 사업을 추진하게 되었다.
2014년 8월 서울시 석촌호수 인근에서 5개의 도로함몰이 발생하여 도심지 도로함몰이 사회적 문제로 부각되었고, 2015년 2월 용산역 주변 공사장 옆 보도를 걸어가고 있던 여중생이 도로함몰 구간에 빠져 부상을 당하는 사건을 계기로 국가기관, 지방자치단체 및 학계, 업계 등에서 다각적으로 대응책을 준비하고 있으나 동공은 지속적으로 발생하고 있다.
서울시 동공은 편마암지역과 한강변 충적층 지역을 중심으로 집중 발생하고 있으며 동공발생빈도는 서울시가 가장 높으며 2011년부터 지속적으로 동공발생수가 증가하는 추세이다.
그러나 도로하부의 숨은 동공을 찾기에는 역부족이었고 지속적으로 발생하는 동공에 대한 다각적이고 효과적인 방법을 제공해 주지 못하고 있었다.
특히 성능 좋은 장비를 사용하더라도 차체의 크기 문제로 골목과 같은 곳을 세부적으로 정밀하게 동공을 관측하기는 매우 어려운 실정이다.
한국공개특허 제2016-0038595호 한국등록특허 제1662050호 한국공개특허 제2011-0052885호 한국공개특허 제2016-0095273호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도로노면하부 숨은 동공에 의한 도로함몰을 예방하기 위해 사전에 전 지역의 동공을 탐지하고 이에 대한 안전대책을 수행할 수 있도록 차량이 진행하지 못하는 골목길 등에 작업자가 밀고 다니면서 동공을 탐사하는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 기존 동공탐사용 차량이 진행하지 못하는 골목길에 작업자가 밀고 다니면서 동공을 탐사하는 동공탐사장비를 적용하는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에 있어, 거치대 상부 전면 하측에는 노면을 촬영(사진 및 동영상)하는 제1 카메라; 상기 제1 카메라 상측에는 전방을 촬영하는 제2 카메라; 상기 거치대 양측에는 좌우를 촬영하는 제3, 4 카메라;가 설치되어 GPR 위성을 통하여 대략적 위치를 파악한 후 사진 및 동영상 정보를 포함하는 상기 촬영 자료를 통하여 동공 위치를 파악할 수 있도록 한다.
상기 동공탐사장비의 전방, 측면, 후방 단부에 설치되어 관로 및 동공의 위치정보 관련 지면상의 전방, 측면 지형물 및 지면 영상을 동시에 취득하는 렌즈어댑터 및 디지털카메라가 구비된 영상취득부; 상기 동공탐사장비의 하부에 설치되어 관로 및 동공 정보를 획득하는 지표투과레이더; 상기 지표투과레이더의 일측 전방에 설치되어 상기 동공탐사장비가 관로 상부면을 주행하는 경우 상기 동공탐사장비의 주행거리 및 주행속도를 측정하는 엔코더; 상기 동공탐사장비의 하부에 설치되어 진동 주파수를 취득하는 진동 주파수 취득 모듈;을 포함하는 정보수집부; 상기 영상취득부에서 획득한 영상자료와 상기 지표투과레이더에서 획득한 전자파자료를 수집 및 저장하고, 수집된 자료를 이용하여 영상을 합성, 편집, 및 분석하는 조사분석프로그램이 내장된 정보처리부; 및 상기 정보 처리부에서 처리한 정보를 표시하는 정보표시부;를 포함한다.
상기 정보처리부는 인공지능(AI)기반 이상감지시스템을 이용해 실시간으로 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장을 진단할 수 있다.
상기 카메라를 포함한 전기관련 부품이 발산하는 사운드 데이터가 정상 사운드 또는 비정상 사운드인지에 대한 식별이 상기 정보처리부를 통해 이루어진다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 GPR 위성을 통해 동공의 위치를 파악하기에는 정확한 위치를 파악하기 어렵게 때문에 다양한 분석 방법을 사용하여 정확한 탐사가 이루어질 수 있도록 한다.
또한 본 발명은 카메라가 설치되어 GPR 위성을 통하여 대략적 위치를 파악한 후 골목길 등에서 촬영(사진 및 동영상)자료를 통하여 정확한 동공 위치를 파악할 수 있다.
도 1, 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 외관을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 탐사 데이터와 위치정보의 동시 취득 및 표시를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명은 정보송수신부(11)에서 정보수집부(12)가 수집한 정보를 정보처리부(13)에서 시하는 데, 정보처리부(13)에서 동공에 의한 도로함몰 발생전 동공 탐지 정보를 수집하여 동공에 대한 피해를 사전 조치를 취할 수 있다.
상기 정보처리부(13)는 CFS(Correlation-based Feature Selection) 등과 같은 특징 선택 방법 또는 딥 러닝(Deep Learning) 방법 중의 하나인 나선신경망기술(CNN:Convolutional Neural Network)과 같은 방법들을 이용하여, 동공 정보를 분류 처리하고, 동공 탐지 및 분류를 위하여 기계학습 및 딥러닝 알고리즘 중 하나를 이용한다.
또한 상기 정보처리부(13)에 설치되는 유/무선 영상 추적 장치로부터 영상을 전달받아 분석하는 모듈기반 지능형 영상 분석 장치에서 동공 주변의 관심영역을 분석하는 모듈기반 지능형 영상 분석 장치는 지능형 관심영역 설정을 위해 소벨 오퍼레이터를 통한 입력 영상 에지 추출 기능과 횡방향 에지 그룹화 기능과 관심 영역 펜스 자동 설정 기능과 Min-Max 배경 모델링과 GMM을 융합하여 이동 객체 탐지를 위한 배경 분리 알고리즘 기능과 움직임 영역 추출 기능과 움직임 영역 잡음 제어 기능과 이동 객체 추출 기능과 HOG 모델링 방법으로 분석하여 정보 표시부(14)에 표시하도록 한다.
즉 상기 정보처리부(13)에 설치되는 동공 인식 모듈은 입력 영상에서 동공내의 배경을 제외하고 동공을 탐지할 수 있도록 Min-Max 배경 모델링과 GMM을 융합하여 이동 객체 탐지를 위한 배경 분리 알고리즘 기능과 동공 영역 추출 기능과 동공 영역 잡음 제어 기능과 동공 위치 추출 기능을 포함하는 모듈로서, 정확한 형태의 동공의 위치와 크기 등을 알 수 있게 한다.
본 발명의 동공탐사장비는 각종 카메라와 메인 안테나, 견인 와이어 등을 포함할 수 있으며, 이에 더하여 동공탐사장비의 전방, 측면, 후방 단부에 설치되어 관로 및 동공의 위치정보 관련 지면상의 전방, 측면 지형물 및 지면 영상을 동시에 취득하는 렌즈어댑터 및 디지털카메라가 구비된 영상취득부; 상기 동공탐사장비의 하부에 설치되어 관로 및 동공 정보를 획득하는 지표투과레이더; 상기 지표투과레이더의 일측 전방에 설치되어 상기 동공탐사장비가 관로 상부면을 주행하는 경우 상기 동공탐사장비의 주행거리 및 주행속도 측정하는 엔코더; 상기 영상취득부에서 획득한 영상자료와 상기 지표투과레이더에서 획득한 전자파자료를 수집 및 저장하는 진동 주파수 특징 추출 모듈을 통해 수집된 자료를 이용하여 영상을 합성, 편집, 및 분석하는 조사분석프로그램이 내장된 모듈기반 지능형 영상 분석 장치; 지표로부터 이격된 상태에서, 전자기파를 지표를 해 방사할 수 있는 송신안테나; 지표로부터 이격된 상태에서, 상기 송신안테나에서 방사된 후 목표물로부터 반사된 전자기파를 수신할 수 있는 수신안테나;등을 더 포함한다.
본 발명의 일실시예로서 동공탐사장비의 전방, 측면, 후방 단부에 설치되어 관로 및 동공의 위치정보 관련 지면상의 전방, 측면 지형물 및 지면 영상을 동시에 취득하는 렌즈어댑터 및 디지털카메라가 구비된 영상취득부; 상기 동공탐사장비의 하부에 설치되어 관로 및 동공 정보를 획득하는 지표투과레이더; 상기 지표투과레이더의 일측 전방에 설치되어 상기 동공탐사장비가 관로 상부면을 주행하는 경우 상기 동공탐사장비의 주행거리 및 주행 속도를 측정하는 엔코더; 상기 동공탐사장비의 하부에 설치되어 진동 주파수를 취득하는 진동 주파수 취득 모듈;을 포함하는 정보수집부; 상기 영상취득부에서 획득한 영상자료와 상기 지표투과레이더에서 획득한 전자파자료를 수집 및 저장하고, 수집된 자료를 이용하여 영상을 합성, 편집, 및 분석하는 조사분석프로그램이 내장된 정보처리부; 및 상기 정보 처리부에서 처리한 정보를 표시하는 정보표시부;로 구성된다.
본 발명은 차량이 진행하지 못하는 골목길에 작업자가 밀고 다니면서 동공을 탐사하는 데 있어 악조건 속에서 정확한 진단을 하기 위해서는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 각 카메라(22, 24), 전선 절연 및 인버터 과열 등 전기관련 부품의 고장이 문제인데 인공지능(AI)기반 이상감지시스템을 이용해 실시간으로 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장을 진단해 안정적인 운영이 가능하도록 할 수 있다.
먼저 필요한 상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템 내부에 미리 설치된 상기 부품의 고장에 관련된 사운드 획득 모듈에서 획득한 사운드 정보에서 최고치를 추출하고, 상기 현재 최고치와 기준치를 분석부가 비교하여 판단부가 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장 여부를 판단한다.
상기 사운드 획득 모듈은 일반적으로 사용하는 사운드 감지 센서 모듈로서, 상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 전기관련 부품의 고장에 따른 이상 사운드를 감지하여 고장을 미리 파악할 수 있도록 한다.
상기 카메라를 포함한 전기관련 부품(22, 24 등)이 발산하는 사운드 데이터가 정상 사운드 또는 비정상 사운드인지에 대한 식별이 이루어질 수 있는 데, 판단부는 현재 최고치가 일정 범위를 갖는 기준치 안에 들어오면 정상 상태이고, 기준치 안에 현재 최고치가 들어오지 않으면 비정상 상태로 판단한다.
상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장 탐지 및 고장 분류 모듈에서 사운드 특징의 최적화는 고장 탐지 및 분류의 계산 시간을 감소시키기 위해 상기 사운드 특징 벡터의 차원을 축소시켜 계산량을 줄일 수 있고, 상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장에 대한 탐지 및 분류에 일정 임계치 이상의 영향을 미치는 특징들을 선택할 수 있다.
신경망 모델의 노드들 간의 상호적응을 피하기 위하여 dropout 기법을 사용하여 학습 과정에서 임의의 노드들을 배제한 후 학습을 진행할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 고장 탐지 및 고장 분류 모듈에서 각 단말기들에 고장 상황을 즉시 통보할 수 있고, 관리자를 통해 효과적이며, 안정적으로 고장 상황을 대처할 수 있다.
따라서 본 발명은 사운드 정보를 이용하여 진동 정보로 탐지하는 것에서 관측할 수 없었던 부분을 보다 더 정확하게 고장 상황을 탐지할 수 있다.
또한 본 발명은 MFCC(Mel-Frequency Cepstral Coefficient), LPCC(Linear Prediction Cepstrum Coefficient), PLP(Perceptual Linear Prediction), 및 LDA(Linear Discriminative Analysis) 중 어느 하나의 기능을 이용하여 상기 사운드 데이터에서 특징 벡터를 추출한다.
일실시예에 따라 상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에서 출력하는 전류를 필터링하는 필터링부; 상기 필터링부의 교류 성분을 토대로 상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 전류를 측정하는 전류 측정 회로; 및 상기 전류 측정 회로의 전류 측정 결과에 기초하여 상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장을 진단하는 제어부;를 포함한고,
상기 제어부는 필터링부의 교류 성분을 주파수 변환하여 주파수 성분을 검출 및 분석할 수 있다.
본 발명에 추가되는 연산부는 모니터링 시스템과 송수신하는 장치로서, 가동 시간에 따른 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 평균 수명에서 예측 가능한 수명 시간을 추측하고, 각 부품의 교체시기를 미리 관리자에게 알려주어 관리한다.
또한 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 각 카메라(22, 24)를 포함한 전기 부품은 주위 온도에 따라 부품 수명이 바뀔 수 있어 각 부품의 온도와 가동 시간을 기록하고 교환 기준 시간을 맞춰 개별적으로 교체시기를 관리한다.
복수개의 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템을 관리하다가 예상치 못한 외부 상황으로 도중에 특정 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템을 교체하지 않으면 안 될 경우에는 개별 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에 대한 일련 번호를 붙여 개별 관리하는 것으로, 교체된 경우 누적 기록 데이터를 재설정하고 교체 한 부품의 기록 데이터와 바꿔 개별 기기나 부품의 적절한 교체시기를 제시하고, 모니터링 시스템의 모니터 화면에서 교체시기가 도래한 카메라 부품을 교체하거나 표시하여 교체를 지시한다.
본 발명의 일실시예에 따라 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템과 같이 온도에 수명이 영향을 받는 기기의 경우 주위 온도 조건에 따라 개별 교체시기를 결정할 수 있고, 수명 도래 전에 적절한 교환시기에 해당 부품을 교체 같이 표시 및 교체 지시 할 수 있는 효과가 있다. 또한 지상의 중앙 서버에 각 조직에서 데이터를 수집하여 교환시기가 가까워지고 있는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템을 미리 준비 할 수 있어 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 지속적인 운용에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
일 실시예로서 본 발명은 외부 카메라(제1 카메라 내지 제3, 4 카메라; 22, 24)를 통해 차량이 진행하지 못하는 골목길 바닥의 2차원 이미지와 입체적인 3차원 이미지를 전달받아 2차원 이미지를 각 온도에 따라 분별되어 저장된 표준 표면 온도 이미지와 비교하여 색상 또는 명암의 유사 여부로 골목길의 강설 또는 결빙 상태를 예측한다.
상기 3차원 이미지로 골목길의 수분, 강설 또는 결빙 두께를 판단하고, 미리 입력 받아 저장한 특정 온도, 강설 또는 결빙 두께와 비교하여 일정 수치 이상인 경우 동공 위치를 파악을 위한 진동 주파수 세기를 높일 수 있다.
11 : 정보송수신부
12 : 정보수집부
13 : 정보처리부
22, 24 : 카메라

Claims (4)

  1. 기존 동공탐사용 차량이 진행하지 못하는 골목길에 작업자가 밀고 다니면서 동공을 탐사하는 동공탐사장비를 적용하는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템에 있어서,
    거치대 상부 전면 하측에는 노면을 촬영하는 제1 카메라;
    상기 제1 카메라 상측에는 전방을 촬영하는 제2 카메라;
    상기 거치대 양측에는 좌우를 촬영하는 제3, 4 카메라;가 설치되어 GPR 위성을 통하여 동공의 위치를 파악한 후 사진 및 동영상 정보를 포함하는 상기 촬영 자료를 통하여 동공 위치를 파악할 수 있도록 하고,
    정보처리부는 인공지능(AI)기반 이상감지시스템을 이용해 실시간으로 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장을 진단할 수 있고,
    상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템 내부에 설치된 상기 제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라, 및 제4 카메라의 고장에 관련된 사운드 획득 모듈에서 획득한 사운드 정보에서 최고치를 추출하고, 상기 현재 최고치와 기준치를 분석부가 비교하여 판단부가 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 상기 제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라, 및 제4 카메라의 고장 여부를 판단하며,
    상기 제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라, 및 제4 카메라가 발산하는 사운드 데이터가 정상 사운드 또는 비정상 사운드인지에 대한 식별이 이루어질 수 있는 데, 판단부는 현재 최고치가 일정 범위를 갖는 기준치 안에 들어오면 정상 상태이고, 기준치 안에 현재 최고치가 들어오지 않으면 비정상 상태로 판단하고,
    상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장 탐지 및 고장 분류 모듈에서 사운드 특징의 최적화는 고장 탐지 및 분류의 계산 시간을 감소시키기 위해 상기 사운드 특징 벡터의 차원을 축소시켜 계산량을 줄일 수 있고, 상기 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템의 고장에 대한 탐지 및 분류에 일정 임계치 이상의 영향을 미치는 특징들을 선택할 수 있으며,
    MFCC(Mel-Frequency Cepstral Coefficient), LPCC(Linear Prediction Cepstrum Coefficient), PLP(Perceptual Linear Prediction), 및 LDA(Linear Discriminative Analysis) 중 어느 하나의 기능을 이용하여 상기 사운드 데이터에서 특징 벡터를 추출하고,
    제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라, 및 제4 카메라를 통해 차량이 진행하지 못하는 골목길 바닥의 2차원 이미지와 입체적인 3차원 이미지를 전달받아 2차원 이미지를 각 온도에 따라 분별되어 저장된 표준 표면 온도 이미지와 비교하여 색상 또는 명암의 유사 여부로 골목길의 강설 또는 결빙 상태를 예측하는 것을 특징으로 하는 카트형 지표 투과 레이더 탐사 시스템.


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  3. 삭제
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